Крепче, чем сталь: преимущества и недостатки композитной арматуры

Shutterstock/FOTODOM Как известно, композитная арматура обладает уникальными физико-химическими свойствами — радиопрозрачностью, немагнитностью, электрической непроводимостью и высокой коррозионной стойкостью при вчетверо меньшем удельном весе (около 2 г/куб. см), чем стальная арматура. К тому же предел ее прочности сопоставим с пределом прочности стальной арматуры самых высоких классов — от А1000 до Вр1400.

Эти достоинства вызвали бурный ажиотаж в строительном сообществе. Образовалась Ассоциация неметаллической композитной арматуры со штаб-квартирой в НИИЖБ, были разработаны ГОСТ 313982022 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия», стандарт СТО НОСТРОЙ 2.6.90-2013 «Применение в строительных бетонных и геотехнических конструкциях неметаллической композитной арматуры», свод правил СП 295.1325800.2017 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования». Растет число производителей композитной (в основном, стеклокомпозитной) арматуры. В печати, на круглых столах и в рекламе все чаще появляются утверждения типа: «Можно заменять стальную арматуру, например, диаметром 12 мм, композитной диаметром 8 мм» или «Прочность стеклопластиковой арматуры в 2-2,5 раза выше стальной. Стеклопластик легче стали в 4 раза, а при равнопрочной замене в 8-10 раз» и т. п.

Однако внедрение этой арматуры в массовое производство бетонных конструкций идет медленно. О сильных и слабых сторонах данного материала в беседе со «Стройгазетой» рассказал известный специалист в области строительных конструкций, кандидат технических наук, доцент Валерий ГАБРУСЕНКО.

Валерий Васильевич, почему широкое внедрение композитной арматуры «тормозит», несмотря на вроде бы очевидные преимущества?

У «арматуры композитной полимерной» (АКП) отсутствуют пластические деформации, то есть деформируется она строго по закону Гука, с очень небольшим удлинением при разрыве. Кроме того, АКП не сваривается.

И что из этого следует?

Во-первых, что конструкции, армированные АКП, имеют хрупкий, то есть наиболее опасный характер разрушения, а это требует введения больших запасов прочности. Отсюда и расчетное сопротивление АКП при эксплуатации конструкций в грунте или на открытом воздухе в СП 295 принято вдвое меньшим, чем предел прочности. Например, у стеклокомпозитной арматуры (АСК) оно примерно такое же, как у стальной арматуры класса А500. Поэтому слова о ее в 2-2,5 раза более высокой прочности есть рекламный трюк на грани мошенничества.

Это не все; надо учитывать, что дополнительное (до 24%) снижение прочности АКП может произойти в результате агрессивного воздействия щелочной среды, всегда в той или иной степени присутствующей в бетоне. Снижение прочности может произойти также под воздействием ультрафиолетовых лучей, то есть при хранении арматуры под открытым небом.

Серьезные уязвимости.

И это еще не все. Стыковать такую арматуру можно только в нахлестку, с перехлестом длиной не менее длины зоны анкеровки (необходимой для использования 100% прочности при выдергивании), а у АСК она составляет от 40 до 75 диаметров стержня в зависимости от класса бетона.

Далее, сетки и каркасы могут быть только плоскими и только вязаными, с последующей пропиткой мест пересечения стержней дорогостоящей эпоксидной смолой, как рекомендует СП.

Поскольку поперечные стержни АКП нельзя ни приварить к продольным, ни загнуть вокруг них, продольные сжатые стержни невозможно предохранить от потери устойчивости. По этой причине в СП расчетное сопротивление сжатию принято равным нулю. Отсюда следует, что в сжатых элементах (колоннах) и в сжатой зоне изгибаемых элементов (балках, плитах) композитную арматуру применять в качестве рабочей нельзя.

Наконец, поскольку поперечную композитную арматуру нельзя заанкерить в бетоне ни с помощью приварки к продольной арматуре, ни загибом вокруг нее «крюками» либо «лапами», ни с помощью высаженных головок, то для обеспечения прочности наклонных сечений на поперечные стержни с целью предотвращения их выдергивания из бетона необходимо устанавливать концевые анкеры, что существенно увеличивает стоимость изделий (к тому же надежных концевых анкеров пока нет). При их отсутствии анкеровка поперечных стержней обеспечивается только силами сцепления с бетоном, а учитывая, что длина заделки стержней в бетоне по обе стороны наклонной трещины намного меньше длины анкеровки, это резко снижает несущую способность наклонных сечений в опорных участках, да и численно оценить ее не представляется возможным.

Вы упомянули об ограничениях при эксплуатации конструкций с АКП на открытом воздухе или в грунте. А в закрытых помещениях?

В закрытых помещениях и в целом там, где есть риск возникновения пожара, конструкции с АКП эксплуатировать вообще нельзя. При температуре выше 60°С композитная арматура начинает терять прочность, а выше 90°С — терять безвозвратно. Отсюда следует, что бетонные конструкции с такой арматурой обладают крайне низкой огнестойкостью и применять их можно только в сооружениях, не подверженных риску воздействия огня, то есть эксплуатируемых на открытом воздухе или в грунте.

Но хотя бы на этом проблемы кончаются?

К сожалению, нет. Композитная арматура обладает низким модулем упругости. У стеклокомпозитной и базальтокомпозитной арматур он вчетверо ниже, чем у стальной. Это значит, что ширина раскрытия нормальных трещин при прочих равных условиях будет во столько же раз большей. Иначе говоря, для обеспечения равной ширины раскрытия трещин потребуется установить арматуры АСК в четыре раза больше, чем стальной в объемном выражении.

Есть и еще одна проблема, сугубо производственная: при резке АКП образуется исключительно вредная для здоровья людей мельчайшая пыль, потому в работе с этой арматурой требуются особо строгие меры безопасности. Ну и, конечно, более высокую стоимость композитной арматуры, чем стальной (в пересчете на равные диаметры), тоже плюсом назвать нельзя.

Что же в «сухом остатке»?

Увы, не так много. Наиболее перспективными областями применения композитной арматуры в бетоне являются, во-первых, те конструкции, где требуются радиопрозрачность и диэлектрические свойства и где стальную арматуру нельзя применять в принципе (с большими затратами там считаться не приходится), во-вторых, конструкции, которые чрезвычайно быстро выходят из строя из-за коррозии стальной арматуры и в которых использование композитной арматуры может быть экономически оправданным, даже с учетом всех ее недостатков и высокой стоимости, и в-третьих, предварительно напряженные конструкции, в которых, кроме напрягаемой арматуры, другой арматуры не требуется (аэродромные и дорожные плиты, цилиндрические резервуары и т. п.), которые эксплуатируются на открытом воздухе и нуждаются в повышенной коррозионной стойкости. Но для этого нужно создать надежные, удобные в работе и относительно дешевые захваты (зажимы) многоразового использования.

Именно с преднапряженного «композитобетона» в 1970-е годы началось «первое пришествие» стеклопластиковой (стеклокомпозитной) арматуры в нашу страну. И именно из-за отсутствия надежных и недорогих зажимов для натяжения арматуры оно быстро окончилось.

Главное же сейчас — не поддаваться кампанейщине, не увлекаться практически малополезными исследованиями «композитобетонных» конструкций — а, судя по публикациям, ими уже увлечены многие аспиранты — и максимум внимания уделить вопросам технологии, прежде всего разработке анкерных устройств.